Desde que se confirmó hace poco tiempo que hay atmósfera en torno a un exoplaneta rocoso llamado LHS 1140b crece la oleada de interés en la comunidad astronómica. El planeta orbita dentro de la zona habitable de su estrella central, una enana roja ubicada a unos 48 años luz de la Tierra.
Por zona habitable se entiende la región que rodea a la estrella donde las temperaturas son adecuadas para que el agua permanezca en estado líquido en la superficie del planeta. Los astrónomos detectaron que la atmósfera superior de LHS 110b perdía helio, pero podrían existir en la baja atmósfera compuestos químicos más pesados como el agua, ingrediente clave para la vida.
La observación con telescopios de exoplanetas distantes abre nuevas puertas para la ciencia, pero ¿será posible alguna vez viajar a esos mundos y observarlos de cerca? Si bien es algo que por lo general se pensó como ciencia ficción, ahora las tecnologías emergentes nos permiten imaginar un futuro en que esas misiones son posibles en las próximas décadas.
Hay interés particular en las naves espaciales en miniatura para los viajes interestelares, principalmente porque es más fácil y menos costoso enviar una nave pequeña a otro sistema estelar y que llegue allí en el lapso de tiempo que corresponde a una vida humana. Eso no es tan sencillo con un vehículo de gran tamaño.
La miniaturización de sensores también avanzó mucho, por ejemplo, en la tecnología de los smartphones, donde las cámaras con baja masa, energía y volumen ya se usan como rutina. Se han desarrollado sensores conocidos como “polvo inteligente”, a escala milimétrica o menor, y que pueden detectar luz, temperatura o sustancias.
La sonda espacial necesitaría propulsión capaz de acelerarla a velocidades de un 10 a 20% de la velocidad de la luz. Tras viajar varias décadas los sensores pasarían por el sistema estelar sin detenerse, efectuando observaciones para luego enviar lentamente los datos a la Tierra.
No es exactamente Star Trek, pero se trata de una idea potencialmente plausible que nos permitiría estudiar planetas y estrellas vecinos más de cerca. Es un tipo de concepto que ha estado desarrollando el programa con financiación filantrópica Breakthrough Starshot. Investiga las tecnologías esenciales requeridas para un viaje interestelar con sondas pequeñas.
Las velas solares se consideran una de las formas de propulsión más adecuadas para esta clase de misión. Son membranas reflectivas delgadas. Y para los viajes interestelares la energía dirigida de un láser podría usarse para impulsar la nave hacia adelante. Los fotones, paquetes cuánticos de energía que componen la luz, transportan impulso además de energía y por eso cuando la luz se refleja en un espejo, genera presión sobre éste.
En casi todas las circunstancias, sin embargo, la presión de la luz es imperceptible pero si se usa un rayo de luz lo suficientemente intenso y un espejo de membrana ultraliviana, la presión de la luz puede actuar como propulsor de una nave espacial.
Para acelerar la vela de luz a velocidades relativistas haría falta un láser con una energía de decenas de gigavatios, y no sería un único dispositivo sino que probablemente formaría parte de varios dispositivos láser sincronizados que generen un haz de luz coherente.
Acelerando hacia las estrellas
Al impulsar una vela que refleje la luz a unos metros con un láser de esas características, la vela aceleraría la velocidad en cuestión de minutos, llegando a velocidad de crucero.
La ventaja de los sistemas de propulsión mediante rayos de luz es que los dispositivos láser quedan atrás y la nave liviana se impulsa hacia las estrellas. En comparación los cohetes convencionales tienen que cargar con su propelente, y eso es una desventaja para las misiones de alta energía como estas.
Pero la propulsión mediante haces de luz y energía tiene la desventaja de que la nave no puede detenerse con facilidad, por lo que la sonda pasaría por el sistema estelar al que apunta en solo unos días.
Aunque las velas impulsadas por luz láser de multi gigavatios podrían sonar a algo un tanto inalcanzable hoy debido a la colosal escala de este tipo de emprendimientos, se han hecho avances en la miniaturización que preparan el camino para que los nodos de sensores inteligentes y diminutos sean los primeros viajeros interestelares que enviemos.
Quizá el primer viaje a las estrellas sea con una IA dormida al volante, que despierte tras unos días de gran actividad cuando las sondas obtengan su primer vistazo de los mundos distantes. Además de impulsar las velas con láseres de gigavatios, las membranas reflectoras también se impulsarían con la presión de la luz solar. Las velas solares tienen una larga historia desde que las propusieron Konstantin Tsiolkovsky y Friedrich Tsander, dos grandes pioneros rusos de la astronáutica, en la década de 1920 Tsiolkovsky escribió sobre el uso de “tremendos espejos de muy delgadas láminas”.
Herramientas de exploración
Si bien las velas propulsadas con luz láser son para el futuro, las velas solares están ya presentes y se han lanzado algunas pequeñas velas solares a la órbita terrestre con fines de demostración de la tecnología. El desarrollo a escala de velas solares más grandes para misiones al espacio profundo brindaría nuevas herramientas para explorar nuestro sistema solar.
Ante todo, como las velas solares no necesitan llevar su propio propelente, servirían para misiones de larga duración y alta energía, que hoy son imposibles con las naves espaciales convencionales. Un encuentro con un cometa de período largo en una órbita solar elíptica o de gran inclinación requiere muchísima energía.
Al mismo tiempo, se hace más difícil que una muestra de la superficie de un cometa nos llegue a la Tierra. Con la propulsión convencional, la nave espacial tiene que cargar propelente para ir y volver desde el cometa. Pero para las velas solares, el regreso a la Tierra es diferente al viaje de ida. Es que las velas solares pueden inclinarse para obtener impulso, alejándose del sol, y luego volver a girar o inclinarse para perder impulso y poder regresar con rumbo al sol.
Las velas solares también pueden moverse en órbitas no convencionales con poca presión que compense la fuerza de gravedad, y eso podría permitir que una vela solar quedara estacionaria sobre los polos de la Tierra, por ejemplo.
Las velas solares y de luz son solo los primeros pasos que desde el presente nos llevarían al futuro, de explorar nuestro propio sistema solar a explorar las estrellas distantes. Tal vez, en un futuro una vela de luz llegue a visitar al exoplaneta LHS 110b.
Colin McInnes, Presidente de James Watt, Profesor de ciencias de la ingeniería, Universidad de Glasgow. Artículo republicado a partir de The Conversation bajo licencia Creative Commons. Acceda al artículo original.
